Автоматическая система контроля

Автоматизация технологических процессов

Основные физические процессы в плоскостном транзисторе

При отсутствии внешних напряжений на переходах в области каждого p-n перехода имеется двойной электрический слой пространственного заряда (рис. 2.), образованный в результате диффузии основных носителей через переход. Напомним, что электронно - дырочный p-n переход можно создать внутри полупроводника, если ввести в одну его область донорную примесь, а в другую - акцепторную. При этом уже при комнатной температуре атомы примесей полностью ионизированы, т.е. концентрацию основных носителей заряда вдали от границы перехода можно считать равной концентрации соответствующей примеси. На границе между областями с различными типами электропроводности возникают большие градиенты концентрации подвижных носителей зарядов.

Это приводит к тому, что через границу проходят диффузионные токи (скажем, в p-области дырок много и они перемещаются туда, где их мало, т.е. в n-область, а электроны наоборот перемещаются из n-области в p-область)

Iдиф=Ipдиф+Inдиф

Направление этого тока совпадает с направлением диффузии дырок. При своём движении, как дырки, так и электроны «оставляют» в соответствующих областях ионизированные атомы акцепторов и доноров, которые не могут принять участия в проводимости, т.к. они жёстко связаны с кристаллической решёткой полупроводника и обладают большой массой.

В результате слева от границы раздела (рис. 3.) появляются нескомпенсированные отрицательные заряды ионизированных акцепторов, а справа - нескомпенсированные положительные заряды ионизированных доноров. Подвижные дырки и электроны при встречном движении усиленно рекомбинируют в приконтактных областях и «исчезают».

Уход этих основных носителей и их рекомбинация приводит к образованию около границы слоя, обедненного подвижными носителями.

Этой слой обладает относительно малой удельной проводимостью и поэтому называется запорным слоем.

Рис. 3. Модель p-n-перехода и потенциальный барьер; а) p-n- переход без внешнего смещения; б) p-n- переход, смещенный в обратном направлений; в) p-n-переход, смещенный в прямом направлении

Образующаяся при этом разность потенциалов вызывает появление внутреннего электрического поля в переходе

где - ширина области перехода, в которой располагаются ионизированные примеси. Это внутреннее поле в переходе в дальнейшем будет препятствовать «перемешиванию» дырок и электронов. Когда разность потенциалов в переходе достигнет значения φ0 , а поле φ0 /δ0 , то ток прекратится.

Такое состояние p-n перехода называется равновесным, а внутренняя разность потенциалов φ0 является равновесной разностью потенциалов.

В равновесном состоянии при постоянной температуре произведение

nnpn =ppnp=ni2=const

где nn- электроны в электронном полупроводнике; pp- дырки в дырочном полупроводнике; pn (дырки в электронном полупроводнике); np - электроны в дырочном полупроводнике. nn и pp - являются основными носителями, а np и pn - неосновными. Например, при комнатной температуре для германия ni2=6,25∙1026см-6, а для кремния ni2 =5∙1020см-6.

Концентрация основных носителей по обе стороны от перехода однозначно определяют величину равновесной разности потенциалов, которая может быть подсчитана по формуле

(1)

где φт=kT/e -тепловой потенциал; k-постоянная Больцмана (1,38∙10-23кул∙в/град); e - заряд электрона (1,6∙10-19кул); T - абсолютная температура (T =273+t˚С). При комнатной температуре T=300К, φт =25мв; ppNa ,a nnNd ,Na и Nd - концентрации введённых в полупроводник акцепторов и доноров. Например, =при Na =1017см-3 и Nd =1015см-3 у германиевого перехода φ00,3в, а у кремниевого φ0 0,7в. Этот пример показывает, что равновесная разность потенциалов составляет десятые доли вольта и при прочих равных условиях будет больше в том полупроводнике, у которого больше удельное сопротивление. У химически чистого кремния удельное сопротивление порядка 105Ом∙см, а у германия 50 Ом∙см. Наличие внутреннего электрического поля приводит к тому, что в узкой области δ0 полупроводник обеднен подвижными носителями (дырками и электронами), т.к. электрическое поле «расталкивает» их по обе стороны от барьера.

Поэтому в отличие от однородных областей p и n сопротивление обедненного слоя шириной δ0 оказывается даже больше, чем у химически чистого полупроводника, у которого при комнатной температуре всегда имеется вполне определенная концентрация собственных дырок и электронов. Таким образом, обедненный слой имеет большое сопротивление, и его называют запорным слоем, препятствующим диффузии основных носителей. Одновременно с этим возникшее электрическое поле (поле неподвижных ионов) создаёт благоприятные условия для перехода из одной области в другую неосновных носителей, концентрация которых мала (и зависит от температуры). Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи по теме

Выбор и расчёт трассы прокладки волоконно-оптического кабеля В современном информационном мире каждые пять лет объём передаваемой информации увеличивается вдвое, соответственно, встаёт задача передачи большого количества информации с максимальной ...

Методы стабилизации коэффициента усиления оптических усилителей В настоящее время оптоволоконные сети являются самым перспективным видом информационных сетей, что обусловлено множеством их преимуществ. В то время как одна из проблем коаксиальных кабе ...

Исследование динамических характеристик системы автоматического управления При проектировании автоматических систем приходиться решать такие задачи, как обеспечение устойчивости и точности процесса регулирования, имеющие противоречивый характ ...